CN110788850A - 一种节能型工业机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种节能型工业机器人，该机器人通过同步带传动将小臂驱动电机移至驱动臂座，通过圆锥齿轮行星轮系与同步带传动将大臂驱动电机移至箱体底座内部，通过势能存储装置实现对机器人的势能存储。本发明能减小机器人运动部分的质量，避免机器人工作过程中的无用做功，对机器人运动中的势能进行存储，增大机器人的最大载重能力，降低机器人运行过程的能量消耗，方便机器人的布线，扩大机器人的作业范围。

Description

一种节能型工业机器人

技术领域

本发明涉及工业机器人技术领域，特别是一种节能型工业机器人。

背景技术

工业机器人因其较大的灵活性和通用性广泛应用于工业的各个领域。如今，我国连续五年成为工业机器人全球第一大应用市场，而工业机器人是能源密集型的，在其运作过程中存在能量的不合理利用，造成能量的大量浪费。以汽车制造业为例，工业机器人消耗的电能占车身制造能耗总量的一半以上、占工厂总电能消耗的8％，白车身车间机器人消耗的电能约占车间总电能消耗的30％。在具体的制造过程中，机器人频繁启停、上下举升、连续高强度工作都带来大量的能量消耗。目前的工业机器人运动部分质量大、无用做功多、布线繁杂等造成工业机器人能量浪费严重及作业范围受限。

发明内容

本发明是为避免上述现有工业机器人存在的不足，提供一种节能型的工业机器人，以期能减小机器人运动部分的质量，避免机器人工作过程中的无用做功，对机器人运动中的势能进行存储，增大机器人的最大载重能力，降低机器人运行过程的能量消耗，方便机器人的布线，扩大机器人的作业范围。

本发明为解决上述问题采用如下技术方案：

本发明一种节能型工业机器人，是在底座箱上设置有驱动臂座，并通过底盘驱动电机控制，在所述驱动臂座的顶端设置有大臂，并通过大臂驱动电机控制，在所述大臂的顶端通过小臂驱动臂座设置小臂，并通过小臂驱动电机控制；其特点是：

所述大臂驱动电机通过第一法兰设置在所述底座箱内的底部，在所述大臂驱动电机的传动轴上，通过所述第一法兰固定安装有大臂减速机；在所述大臂减速机的上方通过第二法兰设置有第一轴承；

在所述大臂驱动电机的传动轴上通过所述第一轴承设置有底盘旋转齿轮轴，所述底盘旋转齿轮轴顶部与所述驱动臂座直连并在其上设置有底盘旋转齿轮；所述底盘旋转齿轮与底盘驱动电机齿轮啮合；

所述底盘驱动电机齿轮设置在底盘传动轴上；在所述底盘传动轴上，并处于底盘驱动电机齿轮的下方通过第三法兰设置有底盘减速机，所述底盘减速机的下方通过第三法兰与底盘驱动电机相连并安装在所述底座箱内；

在所述大臂驱动电机传动轴的顶部通过第二轴承设置有大臂传动轴；在所述大臂传动轴的顶部安装有第一锥齿轮；且所述大臂驱动电机传动轴与大臂传动轴同轴固定连接；

在所述底座箱顶面的法兰盖上设置有所述驱动臂座；在所述驱动臂座两侧的夹持键之间设置有大臂，在所述驱动臂座的左夹持键下端通过所装第一齿轮轴同轴安装有第二锥齿轮和第一同步轮，所述第二锥齿轮与所述第一锥齿轮啮合，从而构成圆锥齿轮行星轮系；

在所述大臂的左内侧下端通过其上的第二齿轮轴安装有第二同步轮；所述第二同步轮与第一同步轮通过大臂同步带传动；

在所述大臂与所述驱动臂座之间设置有势能存储装置；所述势能存储装置是由势能存储弹簧、第一弹簧压缩块、第二弹簧压缩块、第一弹簧限位块、第二弹簧限位块组成；

所述势能存储弹簧是设置在大臂左外侧的环形凹槽内，在所述势能存储弹簧的两端，并处在大臂上对称设置有第一弹簧压缩块和第二弹簧压缩块；在驱动臂座左夹持键的内侧，并与所述第一弹簧压缩块和第二弹簧压缩块相对应的位置上，分别设置有第一弹簧限位块和第二弹簧限位块，且所述第一弹簧压缩块能垂直穿过所述第一弹簧限位块的限位口；所述第二弹簧压缩块能垂直穿过所述第二弹簧限位块的限位口，从而使得所述第一弹簧压缩块和第二弹簧压缩块分别能在所述第一弹簧限位块和第二弹簧限位块的限位口中作往复运动，以形成对势能存储弹簧的压缩与回弹结构；

在驱动臂座右夹持键的外侧设置有小臂减速机，所述小臂减速机通过第四法兰与所述小臂驱动电机相连；所述小臂驱动电机的传动轴上，并处于驱动臂座右夹持键的内侧同轴装有小臂第一传动轴，在所述小臂第一传动轴的顶部，并处于大臂下端右内侧设置有第三同步轮；所述第三同步轮通过小臂同步带与第四同步轮传动；

所述第四同步轮设置在小臂第二传动轴的一端上，所述小臂第二传动轴设置于所述大臂上端；所述小臂第二传动轴的另一端并处所述大臂外侧装有小臂驱动臂座；

所述底盘驱动电机工作时，底盘驱动电机通过底盘传动轴带动底盘驱动电机齿轮转动进而带动底盘旋转齿轮转动，底盘旋转齿轮通过底盘旋转齿轮轴带动驱动臂座转动；

所述大臂驱动电机通过大臂传动轴驱动第一锥齿轮，第二锥齿轮受到第一锥齿轮的驱动而绕自身轴心转动的同时随着所述驱动臂座以大臂传动轴为中心作旋转运动，两种运动合成第二锥齿轮的运动，并使得第二锥齿轮带动第一同步轮转动时，所述第一同步轮通过大臂同步带带动第二同步轮转动，从而使得第二同步轮通过第二齿轮轴控制大臂转动；

所述底盘驱动电机不工作时，所述大臂驱动电机通过大臂传动轴驱动第一锥齿轮转动，并带动第二锥齿轮运动，所述第二锥齿轮带动第一同步轮转动，并通过大臂同步带带动第二同步轮转动，从而使得所述第二同步轮通过第二齿轮轴控制大臂转动；

所述小臂驱动电机通过小臂第一传动轴带动第三同步轮转动，所述第三同步轮通过小臂同步带带动第四同步轮转动，从而使得所述第四同步轮通过小臂第二传动轴带动小臂驱动臂座以控制小臂转动。

本发明所述的一种节能型工业机器人的特点也在于：

当所述大臂处于垂直状态时，所述势能存储弹簧处于自然状态；

当大臂处于非垂直状态时，所述第一弹簧压缩块压缩所述势能存储弹簧的同时，所述第二弹簧限位块阻挡所述势能存储弹簧；

或者，所述第二弹簧压缩块压缩所述势能存储弹簧的同时，所述第一弹簧限位块阻挡所述势能存储弹簧，以形成对所述势能存储弹簧的限位。

当底盘驱动电机不工作时，所述第二锥齿轮与第一锥齿轮构成定轴齿轮系传动；所述大臂驱动电机以转动角速度ω_2a,1驱动第一锥齿轮以转动角速度ω_2a,1转动，第一锥齿轮驱动第二锥齿轮；第二锥齿轮带动第一同步轮转动，第一同步轮通过大臂同步带驱动第二同步轮以转动角速度ω_7d,1转动，且第二同步轮的转动角速度ω_7d,1与大臂驱动电机的转动角速度ω_2a,1满足式(1)：

式(1)中：Z_7c为第一同步轮的齿数，Z_7d为第二同步轮的齿数，Z_7g为第一锥齿轮的齿数，Z_7h为第二锥齿轮的齿数；

所述第二同步轮通过第二齿轮轴驱动大臂以转动角速度ω_7d,1转动；

小臂驱动电机以转动角速度ω_2b,1驱动第三同步轮以转动角速度ω_2b,1转动，第三同步轮通过小臂同步带带动第四同步轮以转动角速度ω_7f,1转动，且第四同步轮的转动角速度ω_7f,1与小臂驱动电机的转动角速度ω_2b,1满足式(2)：

式(2)中，Z_7e为第三同步轮的齿数，Z_7f为第四同步轮的齿数；

第四同步轮通过小臂驱动臂座驱动小臂以转动角速度ω_7f,1转动；

当所述底盘驱动电机工作时，底盘驱动电机以转动角速度ω_2c,2驱动底盘驱动电机齿轮以转动角速度ω_2c,2转动；底盘驱动电机齿轮驱动底盘旋转齿轮以ω_7a,2转动，且底盘旋转齿轮的转动角速度ω_7a,2与底盘驱动电机的转动角速度ω_2c,2满足式(3)：

式(3)中，Z_7a为底盘旋转齿轮的齿数，Z_7b为底盘驱动电机齿轮的齿数；

底盘旋转齿轮通过底盘旋转齿轮轴带动驱动臂座以转动角速度ω_7a,2转动；

所述第二锥齿轮、第一锥齿轮与驱动臂座构成行星轮系传动；大臂驱动电机以转动角速度ω_2a,2驱动第一锥齿轮以转动角速度ω_2a,2转动，所述第二锥齿轮在第一锥齿轮与驱动臂座的运动合成下转动，第二锥齿轮带动第一同步轮转动，第一同步轮通过大臂同步带驱动第二同步轮以转动角速度ω_7d,2转动，且第二同步轮的转动角速度ω_7d,2与大臂驱动电机的转动角速度ω_2a,2满足式(4)：

式(4)中，Z_7c为第一同步轮的齿数，Z_7d为第二同步轮的齿数，Z_7g为第一锥齿轮的齿数，Z_7h为第二锥齿轮的齿数；

所述第二同步轮驱动大臂以转动角速度ω_7d,2转动；

小臂驱动电机以转动角速度ω_2b,2驱动第三同步轮以转动角速度ω_2b,2转动，第三同步轮通过小臂同步带带动第四同步轮以转动角速度ω_7f,2转动，且第四同步轮的转动角速度ω_7f,2与小臂驱动电机的转动角速度ω_2b,2满足式(5)：

式(5)中，Z_7e为第三同步轮的齿数，Z_7f为第四同步轮的齿数；

第四同步轮通过小臂驱动臂座驱动小臂以转动角速度ω_7f,2转动。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明中通过同步带传动将小臂驱动电机移至驱动臂座，减轻了该工业机器人运动部分的重量和惯性，优化了该工业机器人的动力学性能，更便于该机器人的控制，降低了大臂驱动电机驱动大臂上下举升过程中因克服小臂驱动电机重力所做的功的能耗。

2、本发明中通过圆锥齿轮行星轮系与同步带传动将大臂驱动电机移至箱体底座内部，降低了底盘驱动电机因克服大臂驱动电机重力所带来的底盘摩擦阻力所做的功的能耗。

3、本发明中通过圆锥齿轮行星轮系实现了大臂驱动电机与底盘驱动电机的功率合成，提高了电机的工作效率，增大了机器人的最大举升重量。

4、本发明中将大臂驱动电机与小臂驱动电机移至距底座较近处，缩短了驱动电机的接线长度，方便了机器人的布线。

5、本发明中将大臂驱动电机与底盘驱动电机安装于底座内部，避免了手臂工作时因电机体积带来的干涉，扩大了机器人的作业范围。

6、本发明中通过势能存储装置实现了对机器人势能的存储，抵消了一部分小臂与大臂等带来的力矩，降低了电机的能耗，实现了对机器人的势能存储，增大了机器人的载重能力。

附图说明

图1为本发明外部构造示意图；

图2为本发明传动结构示意图；

图3为本发明势能存储弹簧与弹簧压缩块图；

图4为本发明势能存储装置弹簧限位块图；

图5为本发明弹簧限位块与弹簧压缩块的嵌合示意图；

图6位本发明势能存储装置的工作示意图；

图中标号：1a底座箱，1b驱动臂座，1c大臂，1d小臂驱动臂座，1e小臂，2a大臂驱动电机，2b小臂驱动电机，2c底盘驱动电机，3a第一法兰，3b第二法兰，3c第三法兰，3d第四法兰，4a大臂减速机，4b小臂减速机，4c底盘减速机，5a第一轴承，5b第二轴承，6a底盘旋转齿轮轴，6b底盘传动轴，6c第一齿轮轴，6d第二齿轮轴，6e大臂传动轴，6f小臂第一传动轴，6g小臂第二传动轴，7a底盘旋转齿轮，7b底盘驱动电机齿轮，7c第一同步轮，7d第二同步轮，7e第三同步轮，7f第四同步轮，7g第一锥齿轮，7h第二锥齿轮，8a大臂同步带，8b小臂同步带，9a势能存储弹簧，9b1第一弹簧压缩块，9b2第二弹簧压缩块，9c1第一弹簧限位块，9c2第二弹簧限位块。

具体实施方式

参见图1，本实施例中的节能型工业机器人，是在底座箱1a上设置有驱动臂座1b，并通过底盘驱动电机2c控制，在驱动臂座1b的顶端设置有大臂1c，并通过大臂驱动电机2a控制，在大臂1c的顶端通过小臂驱动臂座1d设置小臂1e，并通过小臂驱动电机2b控制；

参见图2，大臂驱动电机2a通过第一法兰3a设置在底座箱1a内的底部，在大臂驱动电机2a的传动轴上，通过第一法兰3a固定安装有大臂减速机4a；在大臂减速机4a的上方通过第二法兰3b设置有第一轴承5a；

在大臂驱动电机2a的传动轴上通过第一轴承5a设置有底盘旋转齿轮轴6a，底盘旋转齿轮轴6a顶部与驱动臂座1b直连并在其上设置有底盘旋转齿轮7a；底盘旋转齿轮7a与底盘驱动电机齿轮7b啮合；

底盘驱动电机齿轮7b设置在底盘传动轴6b上；在底盘传动轴6b上，并处于底盘驱动电机齿轮7b的下方通过第三法兰3c设置有底盘减速机4c，底盘减速机4c的下方通过第三法兰3c与底盘驱动电机2c相连并安装在底座箱1a内；

在大臂驱动电机2a传动轴的顶部通过第二轴承5b设置有大臂传动轴6e；在大臂传动轴6e的顶部安装有第一锥齿轮7g；且大臂驱动电机2a传动轴与大臂传动轴6e同轴固定连接；

参见图1、图2，在底座箱1a顶面的法兰盖上设置有驱动臂座1b；在驱动臂座1b两侧的夹持键之间设置有大臂1c，在驱动臂座1b的左夹持键下端通过所装第一齿轮轴6c同轴安装有第二锥齿轮7h和第一同步轮7c，第二锥齿轮7h与第一锥齿轮7g啮合，从而构成圆锥齿轮行星轮系；

在大臂1c的左内侧下端通过其上的第二齿轮轴6d安装有第二同步轮7d；第二同步轮7d与第一同步轮7c通过大臂同步带8a传动；

在大臂1c与驱动臂座1b之间设置有势能存储装置；势能存储装置是由势能存储弹簧9a、第一弹簧压缩块9b1、第二弹簧压缩块9b2、第一弹簧限位块9c1、第二弹簧限位块9c2组成；

参见图3，势能存储弹簧9a是设置在大臂1c左外侧的环形凹槽内，在势能存储弹簧9a的两端，并处在大臂1c上对称设置有第一弹簧压缩块9b1和第二弹簧压缩块9b2；参见图4、图5，在驱动臂座1b左夹持键的内侧，并与第一弹簧压缩块9b1和第二弹簧压缩块9b2相对应的位置上，分别设置有第一弹簧限位块9c1和第二弹簧限位块9c2，且第一弹簧压缩块9b1能垂直穿过第一弹簧限位块9c1的限位口；第二弹簧压缩块9b2能垂直穿过第二弹簧限位块9c2的限位口，从而使得第一弹簧压缩块9b1和第二弹簧压缩块9b2分别能在第一弹簧限位块9c1和第二弹簧限位块9c2的限位口中作往复运动，以形成对势能存储弹簧9a的压缩与回弹结构；

参见图1、图2，在驱动臂座1b右夹持键的外侧设置有小臂减速机4b，小臂减速机4b通过第四法兰3d与小臂驱动电机2b相连；小臂驱动电机2b的传动轴上，并处于驱动臂座1b右夹持键的内侧同轴装有小臂第一传动轴6f，在小臂第一传动轴6f的顶部，并处于大臂1c下端右内侧设置有第三同步轮7e；第三同步轮7e通过小臂同步带8b与第四同步轮7f传动；

第四同步轮7f设置在小臂第二传动轴6g的一端上，小臂第二传动轴6g设置于大臂1c上端；小臂第二传动轴6g的另一端并处大臂1c外侧装有小臂驱动臂座1d；

通过上述结构设计，将以往设置于大臂1c上端的小臂驱动电机2b移至大臂1c下端，降低了机器人运动部分的重量和惯性，优化了该机器人的动力学性能，使得该机器人更易于控制，同时降低了大臂驱动电机2a驱动大臂1c上下举升过程中因克服小臂驱动电机2b重力所做的功的能耗；将以往设置于大臂1c下端的大臂驱动电机2a设置于底座箱1a内，使得该机器人结构更加紧凑，缩短了驱动电机的接线长度，方便了机器人的布线，避免了手臂工作时因电机体积带来的干涉，扩大了机器人的作业范围，同时降低了底盘驱动电机2c因克服大臂驱动电机重力所带来的底盘摩擦阻力所做的功的能耗；

底盘驱动电机2c工作时，底盘驱动电机2c通过底盘传动轴6b带动底盘驱动电机齿轮7b转动进而带动底盘旋转齿轮7a转动，底盘旋转齿轮7a通过底盘旋转齿轮轴6a带动驱动臂座1b转动；

大臂驱动电机2a通过大臂传动轴6e驱动第一锥齿轮7g，第二锥齿轮7h受到第一锥齿轮7g的驱动而绕自身轴心转动的同时随着驱动臂座1b以大臂传动轴6e为中心作旋转运动，两种运动合成第二锥齿轮7h的运动，并使得第二锥齿轮7h带动驱动第一同步轮7c转动时，第一同步轮7c通过大臂同步带8a带动第二同步轮7d转动，从而使得第二同步轮7d通过第二齿轮轴6d控制大臂1c转动；大臂驱动电机2a与底盘驱动电机2c的功率在第二锥齿轮7h处实现合成，提高了电机的工作效率，使得本实例中的工业机器人能举升更大重量的负载；

底盘驱动电机2c不工作时，大臂驱动电机2a通过大臂传动轴6e驱动第一锥齿轮7g转动，并带动第二锥齿轮7h运动，第二锥齿轮7h带动第一同步轮7c转动，并通过大臂同步带8a带动第二同步轮7d转动，从而使得第二同步轮7d通过第二齿轮轴6d控制大臂1c转动；

小臂驱动电机2b通过小臂第一传动轴6f带动第三同步轮7e转动，第三同步轮7e通过小臂同步带8b带动第四同步轮7f转动，从而使得第四同步轮7f通过小臂第二传动轴6g带动小臂驱动臂座1d以控制小臂1e转动。

具体实施中，当大臂1c处于垂直状态时，势能存储弹簧9a处于自然状态；

当大臂1c处于非垂直状态时，第一弹簧压缩块9b1压缩势能存储弹簧9a的同时，第二弹簧限位块9c2阻挡势能存储弹簧9a；

或者，第二弹簧压缩块9b2压缩势能存储弹簧9a的同时，第一弹簧限位块9c1阻挡势能存储弹簧9a，以形成对势能存储弹簧9a的限位；

参见图6，本实例中的工业机器人大臂1c偏离垂直状态时，由于小臂1e、大臂1c及负载重力的作用，大臂驱动电2a机和大臂减速机4a需要承受极大的力矩；通过势能存储弹簧9a限位产生的反向力矩抵消一部分小臂1e等带来的力矩，降低了电机的能耗，实现对机器人的势能存储，使得机器人可以抓取更重的物体，机器人的载重能力增加。

具体实施中，当底盘驱动电机2c不工作时，第二锥齿轮7h与第一锥齿轮7g构成定轴齿轮系传动；大臂驱动电机2a以转动角速度ω_2a,1驱动第一锥齿轮7g以转动角速度ω_2a,1转动，第一锥齿轮7g驱动第二锥齿轮7h；第二锥齿轮7h带动第一同步轮7c转动，第一同步轮7c通过大臂同步带8a驱动第二同步轮7d以转动角速度ω_7d,1转动，且第二同步轮7d的转动角速度ω_7d,1与大臂驱动电机2a的转动角速度ω_2a,1满足式(1)：

式(1)中：Z_7c为第一同步轮7c的齿数，Z_7d为第二同步轮7d的齿数，Z_7g为第一锥齿轮7g的齿数，Z_7h为第二锥齿轮7h的齿数；

第二同步轮7d通过第二齿轮轴6d驱动大臂1c以转动角速度ω_7d,1转动；

小臂驱动电机2b以转动角速度ω_2b,1驱动第三同步轮7e以转动角速度ω_2b,1转动，第三同步轮7e通过小臂同步带8b带动第四同步轮7f以转动角速度ω_7f,1转动，且第四同步轮7f的转动角速度ω_7f,1与小臂驱动电机2b的转动角速度ω_2b,1满足式(2)：

式(2)中，Z_7e为第三同步轮7e的齿数，Z_7f为第四同步轮7f的齿数；

第四同步轮7f通过小臂驱动臂座1d驱动小臂1e以转动角速度ω_7f,1转动；

当底盘驱动电机2c工作时，底盘驱动电机2c以转动角速度ω_2c,2驱动底盘驱动电机齿轮7b以转动角速度ω_2c,2转动；底盘驱动电机齿轮7b驱动底盘旋转齿轮7a以ω_7a,2转动，且底盘旋转齿轮7a的转动角速度ω_7a,2与底盘驱动电机2c的转动角速度ω_2c,2满足式(3)：

式(3)中，Z_7a为底盘旋转齿轮7a的齿数，Z_7b为底盘驱动电机齿轮7b的齿数；

底盘旋转齿轮7a通过底盘旋转齿轮轴6a带动驱动臂座1b以转动角速度ω_7a,2转动；

第二锥齿轮7h、第一锥齿轮7g与驱动臂座1b构成行星轮系传动；大臂驱动电机2a以转动角速度ω_2a,2驱动第一锥齿轮7g以转动角速度ω_2a,2转动，第二锥齿轮7h在第一锥齿轮7g与驱动臂座1b的运动合成下转动，第二锥齿轮7h带动第一同步轮7c转动，第一同步轮7c通过大臂同步带8a驱动第二同步轮7d以转动角速度ω_7d,2转动，且第二同步轮7d的转动角速度ω_7d,2与大臂驱动电机2a的转动角速度ω_2a,2满足式(4)：

式(4)中，Z_7c为第一同步轮7c的齿数，Z_7d为第二同步轮7d的齿数，Z_7g为第一锥齿轮7g的齿数，Z_7h为第二锥齿轮7h的齿数；

第二同步轮7d驱动大臂1c以转动角速度ω_7d,2转动；

小臂驱动电机2b以转动角速度ω_2b,2驱动第三同步轮7e以转动角速度ω_2b,2转动，第三同步轮7e通过小臂同步带8b带动第四同步轮7f以转动角速度ω_7f,2转动，且第四同步轮7f的转动角速度ω_7f,2与小臂驱动电机2b的转动角速度ω_2b,2满足式(5)：

式(5)中，Z_7e为第三同步轮7e的齿数，Z_7f为第四同步轮7f的齿数；

第四同步轮7f通过小臂驱动臂座1d驱动小臂1e以转动角速度ω_7f,2转动。

Claims (3)

1.一种节能型工业机器人，是在底座箱(1a)上设置有驱动臂座(1b)，并通过底盘驱动电机(2c)控制，在所述驱动臂座(1b)的顶端设置有大臂(1c)，并通过大臂驱动电机(2a)控制，在所述大臂(1c)的顶端通过小臂驱动臂座(1d)设置小臂(1e)，并通过小臂驱动电机(2b)控制；其特征是：

所述大臂驱动电机(2a)通过第一法兰(3a)设置在所述底座箱(1a)内的底部，在所述大臂驱动电机(2a)的传动轴上，通过所述第一法兰(3a)固定安装有大臂减速机(4a)；在所述大臂减速机(4a)的上方通过第二法兰(3b)设置有第一轴承(5a)；

在所述大臂驱动电机(2a)的传动轴上通过所述第一轴承(5a)设置有底盘旋转齿轮轴(6a)，所述底盘旋转齿轮轴(6a)顶部与所述驱动臂座(1b)直连并在其上设置有底盘旋转齿轮(7a)；所述底盘旋转齿轮(7a)与底盘驱动电机齿轮(7b)啮合；

所述底盘驱动电机齿轮(7b)设置在底盘传动轴(6b)上；在所述底盘传动轴(6b)上，并处于底盘驱动电机齿轮(7b)的下方通过第三法兰(3c)设置有底盘减速机(4c)，所述底盘减速机(4c)的下方通过第三法兰(3c)与底盘驱动电机(2c)相连并安装在所述底座箱(1a)内；

在所述大臂驱动电机(2a)传动轴的顶部通过第二轴承(5b)设置有大臂传动轴(6e)；在所述大臂传动轴(6e)的顶部安装有第一锥齿轮(7g)；且所述大臂驱动电机(2a)传动轴与大臂传动轴(6e)同轴固定连接；

在所述底座箱(1a)顶面的法兰盖上设置有所述驱动臂座(1b)；在所述驱动臂座(1b)两侧的夹持键之间设置有大臂(1c)，在所述驱动臂座(1b)的左夹持键下端通过所装第一齿轮轴(6c)同轴安装有第二锥齿轮(7h)和第一同步轮(7c)，所述第二锥齿轮(7h)与所述第一锥齿轮(7g)啮合，从而构成圆锥齿轮行星轮系；

在所述大臂(1c)的左内侧下端通过其上的第二齿轮轴(6d)安装有第二同步轮(7d)；所述第二同步轮(7d)与第一同步轮(7c)通过大臂同步带(8a)传动；

在所述大臂(1c)与所述驱动臂座(1b)之间设置有势能存储装置；所述势能存储装置是由势能存储弹簧(9a)、第一弹簧压缩块(9b1)、第二弹簧压缩块(9b2)、第一弹簧限位块(9c1)、第二弹簧限位块(9c2)组成；

所述势能存储弹簧(9a)是设置在大臂(1c)左外侧的环形凹槽内，在所述势能存储弹簧(9a)的两端，并处在大臂(1c)上对称设置有第一弹簧压缩块(9b1)和第二弹簧压缩块(9b2)；在驱动臂座(1b)左夹持键的内侧，并与所述第一弹簧压缩块(9b1)和第二弹簧压缩块(9b2)相对应的位置上，分别设置有第一弹簧限位块(9c1)和第二弹簧限位块(9c2)，且所述第一弹簧压缩块(9b1)能垂直穿过所述第一弹簧限位块(9c1)的限位口；所述第二弹簧压缩块(9b2)能垂直穿过所述第二弹簧限位块(9c2)的限位口，从而使得所述第一弹簧压缩块(9b1)和第二弹簧压缩块(9b2)分别能在所述第一弹簧限位块(9c1)和第二弹簧限位块(9c2)的限位口中作往复运动，以形成对势能存储弹簧(9a)的压缩与回弹结构；

在驱动臂座(1b)右夹持键的外侧设置有小臂减速机(4b)，所述小臂减速机(4b)通过第四法兰(3d)与所述小臂驱动电机(2b)相连；所述小臂驱动电机(2b)的传动轴上，并处于驱动臂座(1b)右夹持键的内侧同轴装有小臂第一传动轴(6f)，在所述小臂第一传动轴(6f)的顶部，并处于大臂(1c)下端右内侧设置有第三同步轮(7e)；所述第三同步轮(7e)通过小臂同步带(8b)与第四同步轮(7f)传动；

所述第四同步轮(7f)设置在小臂第二传动轴(6g)的一端上，所述小臂第二传动轴(6g)设置于所述大臂(1c)上端；所述小臂第二传动轴(6g)的另一端并处所述大臂(1c)外侧装有小臂驱动臂座(1d)；

所述底盘驱动电机(2c)工作时，底盘驱动电机(2c)通过底盘传动轴(6b)带动底盘驱动电机齿轮(7b)转动进而带动底盘旋转齿轮(7a)转动，底盘旋转齿轮(7a)通过底盘旋转齿轮轴(6a)带动驱动臂座(1b)转动；

所述大臂驱动电机(2a)通过大臂传动轴(6e)驱动第一锥齿轮(7g)，第二锥齿轮(7h)受到第一锥齿轮(7g)的驱动而绕自身轴心转动的同时随着所述驱动臂座(1b)以大臂传动轴(6e)为中心作旋转运动，两种运动合成第二锥齿轮(7h)的运动，并使得第二锥齿轮(7h)带动第一同步轮(7c)转动时，所述第一同步轮(7c)通过大臂同步带(8a)带动第二同步轮(7d)转动，从而使得第二同步轮(7d)通过第二齿轮轴(6d)控制大臂(1c)转动；

所述底盘驱动电机(2c)不工作时，所述大臂驱动电机(2a)通过大臂传动轴(6e)驱动第一锥齿轮(7g)转动，并带动第二锥齿轮(7h)运动，所述第二锥齿轮(7h)带动第一同步轮(7c)转动，并通过大臂同步带(8a)带动第二同步轮(7d)转动，从而使得所述第二同步轮(7d)通过第二齿轮轴(6d)控制大臂(1c)转动；

所述小臂驱动电机(2b)通过小臂第一传动轴(6f)带动第三同步轮(7e)转动，所述第三同步轮(7e)通过小臂同步带(8b)带动第四同步轮(7f)转动，从而使得所述第四同步轮(7f)通过小臂第二传动轴(6g)带动小臂驱动臂座(1d)以控制小臂(1e)转动。

2.根据权利要求1所述的一种节能型工业机器人，其特征在于：

当所述大臂(1c)处于垂直状态时，所述势能存储弹簧(9a)处于自然状态；

当大臂(1c)处于非垂直状态时，所述第一弹簧压缩块(9b1)压缩所述势能存储弹簧(9a)的同时，所述第二弹簧限位块(9c2)阻挡所述势能存储弹簧(9a)；

或者，所述第二弹簧压缩块(9b2)压缩所述势能存储弹簧(9a)的同时，所述第一弹簧限位块(9c1)阻挡所述势能存储弹簧(9a)，以形成对所述势能存储弹簧(9a)的限位。

3.根据权利要求1所述的一种节能型工业机器人，其特征在于：

当底盘驱动电机(2c)不工作时，所述第二锥齿轮(7h)与第一锥齿轮(7g)构成定轴齿轮系传动；所述大臂驱动电机(2a)以转动角速度ω_2a,1驱动第一锥齿轮(7g)以转动角速度ω_2a,1转动，第一锥齿轮(7g)驱动第二锥齿轮(7h)；第二锥齿轮(7h)带动第一同步轮(7c)转动，第一同步轮(7c)通过大臂同步带(8a)驱动第二同步轮(7d)以转动角速度ω_7d,1转动，且第二同步轮(7d)的转动角速度ω_7d,1与大臂驱动电机(2a)的转动角速度ω_2a,1满足式(1)：

式(1)中：Z_7c为第一同步轮(7c)的齿数，Z_7d为第二同步轮(7d)的齿数，Z_7g为第一锥齿轮(7g)的齿数，Z_7h为第二锥齿轮(7h)的齿数；

所述第二同步轮(7d)通过第二齿轮轴(6d)驱动大臂(1c)以转动角速度ω_7d,1转动；

小臂驱动电机(2b)以转动角速度ω_2b,1驱动第三同步轮(7e)以转动角速度ω_2b,1转动，第三同步轮(7e)通过小臂同步带(8b)带动第四同步轮(7f)以转动角速度ω_7f,1转动，且第四同步轮(7f)的转动角速度ω_7f,1与小臂驱动电机(2b)的转动角速度ω_2b,1满足式(2)：

式(2)中，Z_7e为第三同步轮(7e)的齿数，Z_7f为第四同步轮(7f)的齿数；

第四同步轮(7f)通过小臂驱动臂座(1d)驱动小臂(1e)以转动角速度ω_7f,1转动；

当所述底盘驱动电机(2c)工作时，底盘驱动电机(2c)以转动角速度ω_2c,2驱动底盘驱动电机齿轮(7b)以转动角速度ω_2c,2转动；底盘驱动电机齿轮(7b)驱动底盘旋转齿轮(7a)以ω_7a,2转动，且底盘旋转齿轮(7a)的转动角速度ω_7a,2与底盘驱动电机(2c)的转动角速度ω_2c,2满足式(3)：

式(3)中，Z_7a为底盘旋转齿轮(7a)的齿数，Z_7b为底盘驱动电机齿轮(7b)的齿数；

底盘旋转齿轮(7a)通过底盘旋转齿轮轴(6a)带动驱动臂座(1b)以转动角速度ω_7a,2转动；

所述第二锥齿轮(7h)、第一锥齿轮(7g)与驱动臂座(1b)构成行星轮系传动；大臂驱动电机(2a)以转动角速度ω_2a,2驱动第一锥齿轮(7g)以转动角速度ω_2a,2转动，所述第二锥齿轮(7h)在第一锥齿轮(7g)与驱动臂座(1b)的运动合成下转动，第二锥齿轮(7h)带动第一同步轮(7c)转动，第一同步轮(7c)通过大臂同步带(8a)驱动第二同步轮(7d)以转动角速度ω_7d,2转动，且第二同步轮(7d)的转动角速度ω_7d,2与大臂驱动电机(2a)的转动角速度ω_2a,2满足式(4)：

式(4)中，Z_7c为第一同步轮(7c)的齿数，Z_7d为第二同步轮(7d)的齿数，Z_7g为第一锥齿轮(7g)的齿数，Z_7h为第二锥齿轮(7h)的齿数；

所述第二同步轮(7d)驱动大臂(1c)以转动角速度ω_7d,2转动；

小臂驱动电机(2b)以转动角速度ω_2b,2驱动第三同步轮(7e)以转动角速度ω_2b,2转动，第三同步轮(7e)通过小臂同步带(8b)带动第四同步轮(7f)以转动角速度ω_7f,2转动，且第四同步轮(7f)的转动角速度ω_7f,2与小臂驱动电机(2b)的转动角速度ω_2b,2满足式(5)：

式(5)中，Z_7e为第三同步轮(7e)的齿数，Z_7f为第四同步轮(7f)的齿数；

第四同步轮(7f)通过小臂驱动臂座(1d)驱动小臂(1e)以转动角速度ω_7f,2转动。

Images